石墨烯及其在锂电池领域的应用 ppt课件
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• 低电导率(10-10 S/cm） • 低离子迁移速率(10-16 cm2/s) • 结构稳定性(<500个循环)
研究状况:
1. 大量导电添加剂等额外组分，尤其对于纳米材料
• 增强导电性
• 增加整体能量和功率密度
Li+
(固态 扩散)
2. 有限的单位面积负载量 • 减小传输距离，利于锂离子传输
• 提高能量密度
导电性
G-CNT
炭黑
G-CNT CNT
测试条件：0℃低温测量 正极：磷酸铁锂，负极：锂片
CNT
G-CNT
炭黑
0度循环后阻抗
17
石墨烯/碳纳米管复合导电材料
在天津力神锂电池公司测试的结果
18
期待和相关企业合作！
石墨烯复合导电剂在锂电池领 域的应用
什么是石墨烯？
1789年 石墨
1985年 富勒烯
1991年 碳纳米管
2004年 石墨烯
1990年 诺贝尔奖
2010年 诺贝尔奖
石墨烯：是一种由碳原子构成的单层片状结构，且只有一个碳原子厚度的二维材料。 石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身，如果说20世纪是硅的世纪，神奇 的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。
实现超临界法制备大批量的少层石墨烯
流体剪切剥离
石墨烯
4
通过气体膨胀剥离法生产石墨烯纳米片
产量：100 吨/年 纯度：>99wt% （碳含量） 厚度：2-10 nm 直径：5-20μm （可调节） 密度：0.25g/cm3 体积电阻率：4*10-4 ohm.cm 方阻：100-300Ω/□
5
技术创新性与先进性
6
石墨烯用于锂电池及电动汽车
满足国家需求
纯电动汽车
环保问题突出
国家在“十三五”发展规划中明确 提出“将重点发展纯电动汽车及插电 式混合动力汽车”。
由于石墨烯优异的导电特性可以大 幅度提升锂电池的性能，这为石墨烯 在新能源领域的应用提供了契机！
机动车尾气排放已成为大气污染重要来源！ 7
锂电池的研究现状
In this work, a supercritical CO2 exfoliation method is used to prepare graphene powder with layer number in the range of 1-10 in large scale. The advantages of this method are environmentally-friendly and the graphene with less defects.
2
石墨烯的制备方法
Bottom-up graphene （自下而上）
化学气相沉积法 外延生长法 溶剂热法
气体碳源做原料
Top-down graphene （自上而下）
机械剥离法
氧化还原法 溶剂剥离法
石墨做原料
超临界剥离法
3
气体膨胀剥离法制备石墨烯
石墨原料
CO2分子插层
ห้องสมุดไป่ตู้
Green synthesis of graphene in large scale
12
锂离子电池正极用导电材料的发展历程
第一代
第三代
第四代
石墨烯复合
碳纳米管
第二代
super p
瑞士特密高导电剂
乙炔炭黑
Super p
13
正极用石墨烯/碳纳米管复合导电浆料
纳米管
石墨烯
石墨烯和碳纳米管构成的导电网络
导电浆料能显著提高极片导电、导热和加工性能，减少导电剂和粘胶剂用量， 降低电池内阻，提高电池容量、倍率充放电能力、循环寿命及安全性。
8
锂电池的正极材料研究现状
9
三种动力用正极性能比较
目前镍钴锰三元材料主要仍是和钴酸锂、锰酸锂等掺杂使用于手机、平板电 脑及小 型动力电池领域，未来的市场份额预计将进一步提高，新能源汽车 领域将成为其主要市场之一，而钴酸锂的市场份额将减少。
10
负极材料性能对比
11
石墨烯用于锂离子电池-背景
目前电极材料的限制:
和碳纳米管相比石墨烯复合导电材料的优势如下： 1. 增加导电通道；2. 减少碳纳米管团聚；3. 降低价格
14
石墨烯/碳纳米管复合导电浆料
• 普通碳纳米管
• 石墨烯/碳纳米管
特点： 可水相分散 或NMP分散
15
年产2000吨石墨烯/碳纳米管复合导电浆料
16
石墨烯/碳纳米管复合导电材料
实验室测量结果
研究状况:
1. 大量导电添加剂等额外组分，尤其对于纳米材料
• 增强导电性
• 增加整体能量和功率密度
Li+
(固态 扩散)
2. 有限的单位面积负载量 • 减小传输距离，利于锂离子传输
• 提高能量密度
导电性
G-CNT
炭黑
G-CNT CNT
测试条件：0℃低温测量 正极：磷酸铁锂，负极：锂片
CNT
G-CNT
炭黑
0度循环后阻抗
17
石墨烯/碳纳米管复合导电材料
在天津力神锂电池公司测试的结果
18
期待和相关企业合作！
石墨烯复合导电剂在锂电池领 域的应用
什么是石墨烯？
1789年 石墨
1985年 富勒烯
1991年 碳纳米管
2004年 石墨烯
1990年 诺贝尔奖
2010年 诺贝尔奖
石墨烯：是一种由碳原子构成的单层片状结构，且只有一个碳原子厚度的二维材料。 石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身，如果说20世纪是硅的世纪，神奇 的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。
实现超临界法制备大批量的少层石墨烯
流体剪切剥离
石墨烯
4
通过气体膨胀剥离法生产石墨烯纳米片
产量：100 吨/年 纯度：>99wt% （碳含量） 厚度：2-10 nm 直径：5-20μm （可调节） 密度：0.25g/cm3 体积电阻率：4*10-4 ohm.cm 方阻：100-300Ω/□
5
技术创新性与先进性
6
石墨烯用于锂电池及电动汽车
满足国家需求
纯电动汽车
环保问题突出
国家在“十三五”发展规划中明确 提出“将重点发展纯电动汽车及插电 式混合动力汽车”。
由于石墨烯优异的导电特性可以大 幅度提升锂电池的性能，这为石墨烯 在新能源领域的应用提供了契机！
机动车尾气排放已成为大气污染重要来源！ 7
锂电池的研究现状
In this work, a supercritical CO2 exfoliation method is used to prepare graphene powder with layer number in the range of 1-10 in large scale. The advantages of this method are environmentally-friendly and the graphene with less defects.
2
石墨烯的制备方法
Bottom-up graphene （自下而上）
化学气相沉积法 外延生长法 溶剂热法
气体碳源做原料
Top-down graphene （自上而下）
机械剥离法
氧化还原法 溶剂剥离法
石墨做原料
超临界剥离法
3
气体膨胀剥离法制备石墨烯
石墨原料
CO2分子插层
ห้องสมุดไป่ตู้
Green synthesis of graphene in large scale
12
锂离子电池正极用导电材料的发展历程
第一代
第三代
第四代
石墨烯复合
碳纳米管
第二代
super p
瑞士特密高导电剂
乙炔炭黑
Super p
13
正极用石墨烯/碳纳米管复合导电浆料
纳米管
石墨烯
石墨烯和碳纳米管构成的导电网络
导电浆料能显著提高极片导电、导热和加工性能，减少导电剂和粘胶剂用量， 降低电池内阻，提高电池容量、倍率充放电能力、循环寿命及安全性。
8
锂电池的正极材料研究现状
9
三种动力用正极性能比较
目前镍钴锰三元材料主要仍是和钴酸锂、锰酸锂等掺杂使用于手机、平板电 脑及小 型动力电池领域，未来的市场份额预计将进一步提高，新能源汽车 领域将成为其主要市场之一，而钴酸锂的市场份额将减少。
10
负极材料性能对比
11
石墨烯用于锂离子电池-背景
目前电极材料的限制:
和碳纳米管相比石墨烯复合导电材料的优势如下： 1. 增加导电通道；2. 减少碳纳米管团聚；3. 降低价格
14
石墨烯/碳纳米管复合导电浆料
• 普通碳纳米管
• 石墨烯/碳纳米管
特点： 可水相分散 或NMP分散
15
年产2000吨石墨烯/碳纳米管复合导电浆料
16
石墨烯/碳纳米管复合导电材料
实验室测量结果